Conceptos Clave en Arquitectura de Computadoras y Programación

Funcionamiento de una Máquina Basada en Acumulador

Funcionamiento: Utiliza un único registro (acumulador) para realizar operaciones aritméticas y lógicas, almacenando los resultados para su uso en operaciones posteriores.

Operaciones Comunes:

• LOAD: Carga un valor en el acumulador.
• STORE: Guarda el valor del acumulador en la memoria.
• ADD/SUB/MUL/DIV: Operaciones aritméticas con el acumulador.
• AND/OR/XOR: Operaciones lógicas con el acumulador.
• JUMP: Cambia la secuencia de ejecución.
• COMPARE: Compara el valor del acumulador.

Acceso Directo a Memoria (DMA)

• Funcionamiento: El DMA permite a un dispositivo transferir datos directamente a la memoria sin la intervención constante de la CPU, liberándola para otras tareas.
• Proceso: La CPU configura el DMA, que realiza la transferencia, y notifica a la CPU al finalizar.
• Ejemplo: Un disco duro utiliza DMA para mover datos de manera eficiente.

Compilación e Interpretación

• Compilación: Es el proceso de traducir el código fuente de un programa completo a código máquina antes de su ejecución. El compilador genera un archivo ejecutable que puede ejecutarse directamente por el sistema operativo.

• Interpretación: Es el proceso de traducir y ejecutar el código fuente línea por línea en tiempo real. El intérprete analiza cada instrucción y la ejecuta inmediatamente, sin generar un archivo ejecutable previo.

Interrupciones Enmascarables y No Enmascarables

• Interrupción Enmascarable: Es una interrupción que puede ser ignorada o "enmascarada" por el procesador, dependiendo de su configuración. Estas interrupciones se utilizan para eventos menos críticos y pueden ser deshabilitadas temporalmente para evitar la interrupción de procesos importantes.

• Interrupción No Enmascarable (NMI): Es una interrupción que no puede ser ignorada por el procesador. Estas interrupciones son críticas y suelen estar reservadas para situaciones de emergencia, como fallos en el hardware, donde la atención inmediata del sistema es esencial.

Codificación del Código de Operación por Bloque

Esta técnica agrupa las instrucciones en bloques de acuerdo a la similitud de las operaciones que realizan. Cada bloque tiene un código de operación (opcode) específico, y dentro de cada bloque, las variaciones o modos de la instrucción se distinguen por bits adicionales. Esto permite una codificación más compacta y eficiente de las instrucciones en un conjunto de instrucciones, optimizando el uso de bits.

Funcionamiento y Uso de Pipeline en RISC

• Funcionamiento: Divide la ejecución de instrucciones en etapas (Fetch, Decode, Execute, etc.), procesando varias instrucciones en paralelo.
• Procesamiento Paralelo: Mientras una instrucción se encuentra en la etapa de ejecución, otra puede estar siendo decodificada, y una tercera puede estar en la etapa de búsqueda.
• Utilidad: Aumenta la velocidad y eficiencia del procesador al ejecutar múltiples instrucciones simultáneamente.
• Optimización del Uso de Recursos: El pipeline maximiza el uso de los recursos del procesador al mantener todas las unidades funcionales ocupadas, lo que evita cuellos de botella y mejora la eficiencia.

Instrucción NOOP en RISC

Propósito de NOOP en RISC: Insertar un ciclo de reloj sin realizar ninguna operación, útil para sincronizar instrucciones o evitar conflictos en el pipeline.

Ejemplo:

LDS R1, 100 ; Cargar valor desde la memoria en R1
NOOP        ; Insertar un ciclo de espera
ADD R2, R1  ; Sumar R1 a R2

En este ejemplo, la instrucción NOOP se utiliza para insertar un ciclo de reloj entre la carga del valor en R1 y la suma de R1 con R2, lo que puede ser necesario para evitar conflictos de dependencias.

Concepto de Bus en Computadoras

• Definición: Sistema de comunicación que transfiere datos entre componentes de un ordenador.

Líneas del Bus:

1. Direcciones: Transportan ubicaciones de memoria o E/S.
2. Datos: Transportan información entre componentes.
3. Control: Transportan señales que coordinan operaciones.

Ejemplos: Bus de sistema, bus de memoria.

Amos y Esclavos:

• Amo: Controla el bus e inicia transferencias (ej. CPU).
• Esclavo: Responde a las solicitudes del amo (ej. memoria).